稿件来源:高途
高中 | 气体的等温变化题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-3
第八章 气体
8.1 气体的等温变化
气体的等温变化
如图所示,$U$形管竖直放置,右管横截面积为左管的$4$倍,左端封闭,右端开口。管内水银在左管封闭一段长$72\;\rm cm$、温度$300\;\rm K$的理想气体,左、右两管水银面高度差为$10\;\rm cm$,大气压强为$75\;\rm cmHg$。求:
若加热左管气体,直到$U$形管两侧水银面等高,此时气体的温度(计算结果保留一位小数);
若加热左管气体,直到$U$形管两侧水银面等高,此时气体的温度为$384.6\\;\\rm K$
"]]初始状态,左管内气体压强为:$p_{1}=(75-10)\;\rm cmHg=65\;\rm cmHg$
设左管横截面积为$S$,则右管横截面积为$4S$,管内气柱长度$l_{1}=72\;\rm cm$,体积$V_{1}=l_{1}S$
当左右两管内水银面相等时,管内气体压强为$p_{2}=75\;\rm cmHg$
设左管内水银面下降$x$,右管中水银面上升$\dfrac{1}{4}x$,则
$\dfrac{1}{4}x +$$x=10\;\rm cm$
解得:$x=8\;\rm cm$
末状态,管内气柱长度为$l_{2}=80\;\rm cm$,体积为$V_{2}=l_{2}S$
由理想气体状态方程可得:$\dfrac{p_{1}V_{1}}{T_{1}} = \dfrac{p_{2}V_{2}}{T_{2}}$
代入数据:$\dfrac{65 \times 72S}{300} = \dfrac{75 \times 80S}{T_{2}}$
解得:$T_{2}=384.6\;\rm K$
若保持左管气体温度$300\;\rm K$不变,往右侧管内缓慢加入多少长度的水银,可使$U$形管两侧水银面等高。
若保持左管气体温度$300\\;\\rm K$不变,往右侧管内缓慢加入$22\\;\\rm cm$长度的水银,可使$U$形管两侧水银面等高
"]]末状态时左右液面相平,管内气体压强$p_{3}=75\;\rm cmHg$
体积为$V_{3}=l_{3}S$
根据玻意耳定律可得:
$p_{1}V_{1}=p_{3}V_{3}$
代入数据:
$65\times 72S=75\times l_{3}S$
解得:$l_{3}=62.4\;\rm cm$
左边液面上升高度为:
$h_{1}=(72-62.4)\;\rm cm=9.6\;\rm cm$
右边液面下降高度为:$h_{2} = \dfrac{1}{4}h_{1} = \dfrac{1}{4} \times 9.6\;\rm cm = 2.4\;\rm cm$
右管内需要加入的水银长度$l=h_{1}+h_{2}+h$
解得:$l=22\;\rm cm$
高中 | 气体的等温变化题目答案及解析(完整版)